垂直轴系是经纬仪的基础和主要承载部件,它的强度、刚度和固有频率直接影响着经纬仪的精度、稳定性和跟踪性能。传统的经纬仪结构设计一般是在保刚度的前提下,参照以往相似类型进行经验设计,这种设计往往不是最佳设计,都有改进、优化的余地。针对这种情况,对经纬仪垂直轴系进行建模和有限元分析,得到了垂直轴系的位移、应力和固有频率。基于轻量化的考虑,对垂直轴系的主要承载件转台和垂直轴进行了优化设计,在满足刚度等要求的前提下,减轻了垂直轴系的重量。

介绍了经纬仪垂直轴系晃动的概念、数学特性以及如何用电子水平仪测量经纬仪垂直轴晃动误差，在此基础上采用傅里叶谐波分析方法对其来源进行分析，并提出相应改进措施以及对经纬仪测角误差的修正方法。

光电经纬仪垂直轴系由于负荷重、转动惯量大，其刚度将直接影响经纬仪的跟踪性能，所以它的方位谐振频率显得尤为重要．针对这种情况，采用三维软件UGNX4．0自身的建模仿真一体化功能，对经纬仪垂直轴系进行建模、仿真分析，得到了垂直轴系前三阶固有频率及振型．仿真结果满足实际工作需要，符合试验测定值；并且找到了刚性很好的环节，基于轻量化的考虑，对刚性较好的部件进行尺寸优化设计，在不影响总体结构刚度的情况下，优化了结构，减轻了重量．

光电经纬仪中轴系的精度在很大程度上决定着整台仪器的测量精度。为了提高其轴系精度和改进其轴系结构，对GD-220光电经纬仪为例，讨论了其垂直轴系和水平轴系中存在的径向跳动误差、角度摆动误差和轴向窜动误差等，并定量分析了由构成轴系零件的形位误差造成的轴系在回转运动时的晃动误差。通过对9台GD-220光电经纬仪轴系的检测结果看，对GD-220交上经纬仪轴系精度的分析和对其结构的设计都是合理的。

光电经纬仪垂直轴系由于负荷重、转动惯量大，其刚度将直接影响经纬仪的跟踪性能，所以其方位谐振频率显得更为重要，针对这种情况，在与传统的仿真分析软件MSC．patran进行对比的情况下，采用了三维建模软件UG NX4．0自身集成的建模仿真一体化功能对经纬仪垂直轴系进行了模态分析，得到了垂直轴系前三阶固有频率及振型，仿真结果满足实际工作需要，并且找到了刚度薄弱环节，能够指导以后的优化设计工作。并通过实验实测方位转动谐振频率，与仿真分析结果进行比对，验证了仿真分析方法的可行性。